Вплив вітрів на посіви сільськогосподарських культур

Аграрії у переважній більшості мають за плечима вищу фахову освіту і тому добре пам’ятають про п’ять обов’язкових для життя рослин факторів: світло, тепло, повітря, вода й мінеральні речовини. Так до чого тут вітер, про який автор пропонує вести розмову?

Вітер має до проблем вирощування посівів сільськогосподарських культур безпосередній стосунок. Розглянемо все по порядку. Розпочнемо аналіз із простого запитання: чи потрібен у практичній діяльності агрономів і загалом аграріїв вітер над їхніми орними землями? Сучасні знання доводять — потрібен. Повітря, як відомо, є обов’язковим і незамінним фактором для життя рослин, у тому числі й сільськогосподарських. Повітря атмосфери планети містить важливі для рослин складові: кисень (О₂) — близько 20,95%, який потрібен для нормального перебігу процесів дихання та енергетичного обміну, вуглекислий газ (СО₂) — для забезпечення другої (темнової) стадії фотосинтезу. Важливий і інертний молекулярний (N) азот, якого міститься в повітрі 78,8%. Цей газ відзначається високим рівнем хімічної інертності й безпосередньо для використання рослинним організмом він недоступний. Проте атмосферний азот здатні успішно використовувати як вільно живучі ґрунтові бактерії (Asotobacter), так і асоційовані симбіотичні (бульбочкові) бактерії, що формують сполуки азоту, які стають доступними для засвоєння зеленими рослинами.

Залежно від біологічної активності орного шару, рівня його зволоження, аерації, тривалості теплого періоду й специфіки посівів сільськогосподарських культур, обсяги біологічно зафіксованих сполук азоту можуть становити від 15 до 180 кг/га за теплий період року. Крім цього, з повітря протягом року з опадами до орного шару ґрунту надходить від 6 до 26 кг сполук азоту, що сформовані з промислових забруднень приземного шару та як продукти трансформації окислів азоту (NO, NO₂, NO₃), що формуються в результаті грозових розрядів у атмосфері. Відповідно, азот атмосфери, з якою неодмінно взаємодіють усі рослини в процесі своєї вегетації, насправді далеко не інертний.

Якщо наявність молекулярного азоту в приземному шарі повітря відносно стабільна й становить 78,8%, частка вільного кисню (О₂) — 20,95%, то частка вуглекислого газу (СО₂) здатна істотно коливатись. Наприклад, якщо в атмосфері планети частка вуглекислого газу в повітрі становить 0,037%, то в літній сонячний день у глибині посівів культурних рослин (кукурудзи, ріпаку та інших) вміст СО₂ може знижуватись до 0,002%. Якщо інтенсивність процесів фотосинтезу, за наявності в оптимумі всіх інших факторів, здатна істотно підвищуватись за концентрації СО2 0,3% (в спеціальних фітокамерах), то стає очевидним, що низька концентрація вуглекислого газу в приземному шарі повітря є одним із факторів, що реально обмежує можливості синтезу органічних речовин у хлоропластах.

Чому ж концентрація СО₂ в приземному шарі атмосфери відчутно знижується? Насамперед — це результат активного його засвоєння в ярусі посівів рослинами через продихи лист­ків і хімічного зв’язування у процесі фотосинтезу. За таких умов аграрії безпосередньо зацікавлені у наявності процесів конвекції (перемішування) повітря в приземному шарі атмосфери. Такий ефект забезпечує вітер. Відповідно, наявність горизонтального руху потоку повітря (вітру) для землеробів є фактором позитивним.

Проте це лише один із показників впливу вітру на посіви. Є й інші. Для того, щоб оцінити значення решти факторів впливу вітру, скористаємось іншою сферою пізнання — фізикою. Свого часу в курсі фізики всі ми детально вивчали закони руху потоку газу (ламінарний потік) і особливості зміни тисків (статичний, динамічний), а також основи аеродинаміки. Що вищий динамічний тиск потоку газу або рідини, то менші показники статичного — і навпаки. Вітер — це теж ламінарний потік повітря (суміші газів), що рухається над поверхнею ґрунту. Тому над орними землями маємо майже класичну схему з курсу фізики. Що вища швидкість руху повітря над поверхнею ґрунту, то інтенсивніше потік повітря витягує воду з капілярів орного шару і виносить її з поля.

Критичний читач може заперечити: чому автор говорить то про газовий склад повітря, то про закони фізики, якщо передбачалось розглядати роль вітру в процесі вегетації посівів. Наукові дослідження доводять, що вітер над орними землями — це дуже серйозний фактор, що має вплив на рослинництво.

Передусім вітер — це потужний фактор впливу на формування й збереження запасів на орних землях іншого незамінного фактора — води в ґрунті. Для аграріїв усіх ґрунтово-кліматичних зон країни кількість опадів і регулярність випадання дощів є дуже важливим показником сприятливості перебігу вегетаційного періоду для успішного вирощування посівів сільськогосподарських культур. Зупинимось детальніше лише на частині обсягів вологи опадів, яка не попадає у поверхневий стік, не інфільтру­ється в глибокі шари й залишається в орному шарі ґрунту та на глибині проникнення кореневих систем рослин. Така капілярна волога частково перебуває у вільному стані, частково — у формі різ­них колоїдів із гуміновими сполуками, що наявні в орному шарі ґрунту. Такі форми вологи доступні для рослин — на відміну від води плівчастої та інших форм зв’язаної води.

На величину показників здатності орного ґрунтового шару утримувати воду проявляє вплив материнська порода: вона найменша у піщаних ґрунтів, най­більша — у глинистих. Гумінові кислоти (гумус) у формі колоїдів здатні утримувати в п’ять — сім разів більше води порівняно з показниками материнської ґрунтотворної породи. Ось ще одна важлива функція гумусу в ґрунті, особливо в зонах Степу й Лісостепу, де вода постійно є дефіцитним фактором у функціонуванні аграрного сектору економіки. Тобто що більше гумусу матимуть аграрії в орному шарі своїх орних земель, то вагоміші запаси вологи будуть на полях.

Територія нашої країни в переважній більшості регіонів рівнинна. Особливо ці якості рельєфу характерні для південної частини Степу. Тобто насамперед там, де спостерігається найгостріший дефіцит води на орних землях. Водночас саме в таких регіонах майже не буває безвітряної погоди.

Спробуємо оцінити роль вітру в теплий період року на орних землях у зоні Степу на конкретному прикладі. Аграріям немає потреби детально пояснювати, що означає літній облоговий дощ із обсягом опадів на рівні 30 мм. Інтенсивність облогового дощу традиційно низька, тож, відповідно, волога успішно проникає в орний шар ґрунту. Ситуація для вегетації посівів сільськогосподарських культур за таких умов оптимальна.

Проте не менш актуальним залишається практичне запитання: яка тривалість позитивного впливу такого дощу на рослини сільськогосподарських культур? Відповідь на це запитання залежатиме від кількох факторів: показників температури, сили вітру, рівня відносної вологості повітря й специфіки фізіології рослин сільськогосподарських культур. Головними з-поміж них є сила вітру та рівень відносної вологості повітря. Наукові дослідження аргументовано доводять, що за температури 20–24°С і рівня відносної вологості в межах 45–60% та швидкості вітру 5–6 м/с і вище з поверхні поля за добу випаровується від 4 до 9 мм води.

На цьому проблеми дефіциту води для вегетації посівів не закінчуються. Сильний вітер — це результат значних перепадів температур і атмосферного тиску, він спричинює великі витрати води самими рослинами. Транспірація води в рослин зростає в умовах вітряної погоди у 1,5–6 разів порівняно з тихою безвітряною погодою і за однакової температури та відносної вологості повітря. Тому сильний вітер на полях — це завжди напружений водний баланс у рослин, потреба посиленого засвоювання ними води з ґрунту, нераціональна витрата життєдайної енергії, яка була попередньо засвоєна рослинами в процесі фотосинтезу. Ось такі наукові факти.

Що реально можна протиставити таким небажаним процесам? Найпростіше рішення — ізолювати сільськогосподарські рослини від зовнішнього середовища, зокрема й від вітру, та створити їм оптимальні умови вегетації. Хорошим прикладом успішного рішення є широка сучасна практика створення теплиць у такій передовій аграрній країні, як Ізраїль. Як відомо, ця країна розміщена на географічній широті справжніх субтропіків, і значного дефіциту тепла для вегетації рослин (навіть бананів у відкритому ґрунті) у зимовий період там немає. Проте поряд із сільськогосподарськими площами розміщені пустелі Негев і Іудейська, з яких постійно дмуть дуже сухі й потужні вітри, що інтенсивно забирають вологу як із ґрунту, так і з самих рослин.

Розмістити посіви польових культур з урахуванням їхніх значних площ у нашій країні в умовах теплиці неможливо, а відповідно, слід застосовувати прийоми оптимізації факторів погоди та клімату в регіонах.

Як реально в умовах широких рівнин знизити швидкість вітру, що дме біля поверхні орних земель із великою швидкістю? Питання виявляється далеко не риторичне й дуже актуальне.

Дія сильних вітрів — це не лише нераціональні втрати вологи з ґрунту і посилена транспірація води та зниження рівня біологічної продуктивності сільськогосподарських рослин. Не менш важливою є й екологічна проблема вітрової ерозії на орних землях — дефляція орного шару ґрунту.

Інтенсивність процесів вітрової еро­зії залежить від багатьох факторів: сили вітру, наявності або відсутності розвиненої рослинності на поверхні ґрунту, рівня зволоженості верхньої частини орного шару, специфіки рельєфу в регі­онах. Особливо інтенсивно відбуваються як процеси випаровування води, так і процеси видування часток ґрунту на схилах, що експозиційно розміщені проти напрямку руху вітру. Для прикладу, процеси випаровування зростають у 1,5–3 рази, якщо потік повітря рухається не паралельно поверхні водойми або ґрунту, а під певним кутом і впирається в таку поверхню.

Бажаним варіантом для аграріїв є зниження швидкості вітру для посівів сільськогосподарських культур (оптимальна швидкість — 0,5–1,5 м/с) і забезпечення рівня відносної вологості повітря до оптимальних параметрів для вегетації посівів сільськогосподарських рослин (65–90%). Актуальним є запитання: як цього досягти на практиці і чи можливо це взагалі?

Як результати наукових досліджень, так і практика їхнього впровадження у виробництво однозначно доводять — можливо. Вітчизняні науковці ще з ХІХ ст. активно працювали над вирішенням цієї проблеми. Варто нагадати відомі вітрозахисні лісосмуги, які були посаджені з ініціативи В.В. Докучаєва. Завдяки реалізації відомої державної програми «перетворення природи», яка була виконана наприкінці 40-х — на початку 50-х років, не лише було покрито більшість регіонів країни лісосмугами, а й практично припинено виникнення «чорних пилових бур». Активні процеси вітрової ерозії на орних землях півдня країни тоді були зупинені.

Сьогодні все це в минулому. Вітрозахисні лісосмуги фактично залишились без господаря й нині масово вирубані, активні процеси вітрової ерозії й «чорні бурі» знову регулярно виникають у зоні Степу. Актуальність проблеми впливу сильних вітрів і дефіциту води для посівів із кожним роком набирає гостроти й потребує конструктивного вирішення.

Наукові напрацювання центрів Національної академії аграрних наук України сьогодні дають змогу з успі­хом комплексно вирішувати такі проблеми. Для їхнього позитивного вирішення необхідна лишень ініціатива самих аграріїв.

Загострення екологічної ситуації та реальне зниження рівня ефективності ведення аграрного виробництва неодмінно рано чи пізно змусять займатись питаннями зниження швидкості руху повітря над орними землями і реалізації заходів щодо зменшення непродуктивних втрат дефіцитної вологи з орного шару. Тому доцільно таку роботу розпочинати своєчасно, поки деструктивні процеси в довкіллі ще не набули значної потужності і їх ще можливо зупиняти без значних матеріальних і трудових затрат. Якщо вітчизняні наукові напрацювання й досвід застосування їх у нашій країні українських аграріїв не переконують, можна скористатись результатами зарубіжної практики з протидії негативному впливу вітрів на орних землях. Наприклад, успішним досвідом протидії вітрам у США на Великих американських рівнинах.

Наведені факти дають підстави для такого узагальнення:

сильний вітер — потужний негативний природний фактор впливу як на орні землі, так і на посіви сільськогосподарських рослин, який призводить до значних непродуктивних втрат води — такого дефіцитного фактора в Степу і Лісостепу;

для успішної вегетації посівів сільськогосподарських культур оптимальна швидкість вітру на полях — не вище ніж 0,5–1,5 м/с;

для успішної протидії процесам вітрової ерозії орного шару ґрунту в структурі посівів на сільськогосподарських землях частка широкорядних культур не має перевищувати 30%, не менше як дві третини площ орних земель мають бути зайняті посівами й насадженнями, що мають розвинені рослини протягом усього теплого періоду року;

зниження швидкості приземного шару повітря до прийнятних для аграріїв параметрів найефективніше забезпечать: розвинена система полезахисних лісових насаджень, смугове розміщення посівів, агроприйоми контурного та протиерозійного землеробства;

конструктивне вирішення проблеми сильних вітрів у Степу й Лісостепу дасть змогу істотно покращити режим водного забезпечення сільськогосподарських рослин у процесі їхньої вегетації та підвищити рівень урожайності посівів, що сприятиме кращій стійкості рослин і мен­шій залежності аграрного виробництва від примх погоди.

О. Іващенко, академік НААН

Журнал «Пропозиція», №2, 2019 р.